三毫米波段作为重要的大气窗口频率,是现如今通信、雷达和电子对抗领域的重要研究方向。现今W波段固态功率器件输出功率小、效率低;而传统的电真空功率器件输出功率大、效率高,但是体积大、稳定性差;毫米波功率模块(MMPM)将电真空功率器件和固态功率器件组合在一起,综合了两者的优点,被广泛用于合成孔径雷达、卫星通信终端和无人机等军事装备,是高频段重要的大功率器件。功率均衡放大模块是其重要的组成部分,一方面为后级行波管提供驱动功率,另一方面对行波管增益波动引起的输出功率不稳定现象起到均衡作用。功率均衡器是功率均衡放大模块中用于解决行波管增益不平坦问题的关键器件。本文在总结了功率均衡器的分类、综合方法和实现形式等基本理论基础上,提出了三种功率均衡器实现方式,并根据每种实现方式和指标又提出了多种设计方案。首先,基于耦合微带谐振结构本文设计并加工测试了两种W波段微带线功率均衡器,带内均衡精度在±3d B内,均衡量达到5d B,与传统低频微带线功率均衡器所使用的高低阻抗谐振结构相比,均衡器的Q值和均衡精度更高,尺寸更小、集成度更高。此外,为提高均衡器谐振单元Q值、增加均衡精度,本文还设计了两种波导结构的W波段功率均衡器。两种波导结构功率均衡器均采用矩形波导谐振器作为谐振单元。其中小功率容量均衡器通过在矩形谐振腔底部加载吸收电路来产生陷波响应,最大均衡量达到15d B,均衡精度最高达到±1d B;在大功率容量均衡器中,通过微带探针和匹配吸波负载将谐振腔的电磁能量吸收,最大均衡量达到12d B,均衡精度±1d B。基于超材料吸收体的吸波原理,本文改进并提出了两种吸波结构,并将其安装在标准WR10波导的宽边,通过耦合谐振效应,对特定频率电磁波选择吸收,最终带内均衡精度在±1d B内,均衡量达到8d B。其次,根据均衡器的设计结果,设计了两种前置驱动放大模块并进行测试,其中第一种功放模块在工作频带内的饱和输出大于17d Bm,第二种功放模块在工作频带内的饱和输出大于30d Bm。最后结合前文设计的功率均衡器组成功率均衡放大模块并完成了测试,第一种均衡放大模块的带内最大输出达到15d Bm,均衡量达到7d B,符合指标要求;第二种均衡放大模块的带内最大输出达到29d Bm,均衡量达到10d B,符合指标要求。